автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Повышение опорной проходимости полноприводного автомобиля путем рационального распределения мощности по колесам

003469258

л Л.

...ЛИСИ

СЕРЕБРЕННЫЙ ИГОРЬ ВАЛЕРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ОПОРНОЙ ПРОХОДИМОСТИ ПОЛНОПРИВОДНОГО АВТОМОБИЛЯ ПУТЁМ РАЦИОНАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ МОЩНОСТИ ПО КОЛЁСАМ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

14 т жа

Нижний Новгород - 2009

003469258

Работа выполнена на кафедре СМ - 10 «Колесные машины» Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана.

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Котиев Георгий Олегович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Беляков Владимир Викторович

Кандидат технических наук, с.н.с Котляренко Владимир Иванович

Ведущая организация:

ОАО «АвтоВАЗ», г. Тольятти

Защита состоится « 4 » июня 2009 года в /4 часов в аудитории 1258 на заседании диссертационного совета Д 212.165.04 в Нижегородском государственном техническом университете имени Р.Е. Алексеева по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета имени Р.Е. Алексеева.

Автореферат разослан^ апреля 2009 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.165.04 доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные тенденции развития автомобилестроения в большой степени связаны с появлением и развитием бортовых компьютерных систем, что влечёт за собой разработку и создание интеллектуальных систем управления различными узлами и агрегатами колёсной машины, в том числе и трансмиссиями, которые в этом случае реализуются как электрические или гидрообъёмные и называются «гибкими» и «интеллектуальными».

Непростой и трудоёмкой задачей, которую разработчикам приходится решать при выборе схем распределения мощности и типа трансмиссии, особенно для многоосных машин, является определение параметров взаимодействия движителя с опорной поверхностью для учёта их при составлении математической модели. Теория взаимодействия эластичного колеса с деформируемым опорным основанием в данном представлении весьма развита и позволяет описывать такие явления, как колееобразование, бульдозерный и экскавационный эффекты, уплотнение грунта и т.д. При таком подходе целью исследований является выбор оптимальных параметров конструкции колеса, как правило, по критериям максимального тягового усилия, минимизации затрат на движение и т.д. Однако когда движитель уже создан и необходимо исследовать его возможности в составе колёсной машины с целью решения задачи о рациональном распределении мощности по колёсам представляется целесообразным использовать характеристики тягово-сцепных свойств и потерь энергии для различных условий взаимодействия колеса с опорным основанием, полученные при экспериментальных исследованиях на полигоне.

В этой связи разработка закона распределения мощности по колёсам автомобиля, направленного на улучшение опорной проходимости, представляется важной исследовательской задачей, решение которой на основе имитационного математического моделирования с использованием характеристик тягово-сцепных свойств и потерь энергии позволит модернизировать существующие и создавать новые автомобили, с большими возможностями по обеспечению опорной проходимости.

Цель работы: повышение опорной проходимости автомобиля путём рационального распределения мощности по колёсам. Поставлены задачи исследования:

• Разработать математическую модель прямолинейного движения полноприводного автомобиля по деформируемому опорному основанию, в которой учтена возможность реализации различных законов распределения мощности по колёсам, особенностью которой будет являться использование экспериментальных данных качения одиночного колеса по деформируемому основанию и учёт продольной податливости направляющих элементов подвески;

• Выполнить сравнительный анализ данных экспериментов с результатами моделирования на примере одиночного колеса;

• Выполнить анализ результатов исследования работоспособности математической модели прямолинейного движения полноприводного автомобиля по деформируемому опорному основанию для подтверждения возможности её использования при прогнозировании показателей опорной проходимости в случае различных схем трансмиссии;

• Провести теоретические исследования прямолинейного движения автомобиля по деформируемому опорному основанию при блокированной и дифференциальной связи между колёсами для получения данных, необходимых для сравнительной оценки;

• Разработать закон управления индивидуальным приводом колёс, направленный на улучшение показателей опорной проходимости;

• Провести сравнение результатов теоретических исследований при различных законах распределения мощности.

Научная новизна работы состоит в:

• создании математической модели, позволяющей прогнозировать показатели опорной проходимости при прямолинейном движении полноприводного автомобиля для различных схем трансмиссии, особенностью которой является использование экспериментальных тягово-энергетических и тягово-сцепных характеристик, а также введение продольной податливости направляющих элементов подвески;

• разработке с использованием аппарата нечёткой логики {fuzzy logic) закона распределения мощности по колёсам автомобиля, направленного на повышение опорной проходимости;

• результатах сравнительных теоретических исследований прямолинейной динамики полноприводного трёхосного автомобиля с равномерным распределением осей при различных схемах трансмиссии: с дифференциальным, блокированным и индивидуальным приводом. Практическая ценность работы. На основе результатов выполненных

исследований для практического использования при оценке эффективности автомобиля с различными схемами трансмиссии создан комплекс программ для ЭВМ. Использование комплекса позволяет имитировать прямолинейную динамику машины при различных законах распределения мощности по колёсам в различных дорожных условиях, задаваемых при помощи тягово-энергетических /» = f(<P ) и тягово-сцепных <р = f{Ss ) характеристик, и, тем самым, сократить

сроки проектирования и доводочных испытаний.

Общая методика исследований. Исследования проводились с использованием численных методов моделирования движения автомобиля при различных схемах трансмиссии и современных методов оценки автомобильной техники по возможностям проходимости. В работе использованы результаты экспериментов, проводимых в Ml ТУ им. Н.Э. Баумана в разное время.

Реализация работы. Результаты работы внедрены в ОАО «АвтоВАЗ» и используются в учебном процессе при подготовке инженеров на кафедре СМ-10 «Колесные машины» Ml ТУ им. Н.Э. Баумана.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы заслушивались и обсуждались на научно-технических семинарах кафедры СМ-10 «Колесные машины» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана 20042008 гг); на научно-техническом семинаре кафедры «Тягачи и амфибийные машины» (г. Москва, МАДИ (ГТУ) 2005 г.); на международной научно-технической конференции «Проектирование колёсных машин», посвященной 70-летию кафедры «Колёсные машины» (г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана 2006 г.); на 6-ом международном автомобильном научном форуме «Проблемы создания транспортных средств нового поколения, обеспечивающих выполнение перспективных требований по экологии, энергосбережению и безопасности» (г. Москва, 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, из них в изданиях, рекомендованных ВАК РФ -1.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих результатов и выводов, списка литературы. Работа изложена на 161 листе машинописного текста, содержит 107 рисунков, 1 таблицу. Библиография работы содержит 115 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования: разработки закона распределения мощности по колёсам, направленного на повышение опорной проходимости, и оценки эффективности колёсной машины при движении по несвязным грунтам при различных схемах трансмиссии, приведено краткое содержание выполненных исследований, сформулирована цель работы и отражены основные положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе диссертации рассмотрены основные понятия, связанные с проходимостью автомобиля, приведен анализ экспериментальных методов, а также нормативных и обобщённых показателей, использующихся при оценке опорной проходимости. Исследован опыт отечественных и зарубежных учёных по разработке математических моделей взаимодействия колесного движителя с опорной поверхностью при движении по деформируемому грунту, представлен анализ подходов к созданию математических моделей движения автомобиля.

Особенно отмечены работы Ю.Л. Рождественского, Я.С. Агейкина, С.Б. Шухмана, Л.В. Барахтанова, Г.А. Смирнова, В.Ф. Бабкова, М.Г. Беккера, В.Н. Наумова, М.П. Чистова, В.В. Белякова, Ю.В. Пирковского, H.A. Забавникова, Д.Р. Эллиса, Дж. Вонга, А. Риса, В.А. Петрушова, A.A. Хачатурова, В.Г. Зиме-лева и труды научных школ МГТУ им. Н.Э. Баумана, НГТУ им P.E. Алексеева, МАДИ (ГТУ), МАМИ (ГТУ), 21 НИМИ МО РФ, ФГУП ГНЦ «НАМИ», Академии БТВ, НИЦИАМТ. Проведенный анализ современного состояния вопроса, посвящённого исследованию и оценке опорной проходимости, а также разра-

ботке законов и выбору критериев рационального распределения мощности по колёсам, подтвердил интерес к данному направлению со стороны как отечественных, так и зарубежных исследователей в силу важности повышения опорной проходимости и необходимости прогнозирования возможностей автомобиля по данному показателю на определённом участке местности на стадии проектирования. Однако были также выявлены и недостатки, которые являются сдерживающим фактором развития этого направления. В частности, одним из них является сложность использования существующих моделей качения колеса по деформируемому основанию ввиду необходимости определения ряда физико-механических свойств опорного основания. Задачи, связанные с рациональным распределением мощности по колёсам на сегодняшний день не являются полностью решёнными и имеют множество перспектив как в теоретической (разработка законов и алгоритмов), так и в практической (конструктивные решения при непосредственной реализации на объектах) части. В итоги главы были вынесены основные задачи, решение которых необходимо для достижения цели работы.

Во второй главе представлен экспериментальный метод определения тя-гово-сцепных свойств колесного движителя. Дается подробное описание аппа-ратурно-измерительного комплекса, условий и методики проведения эксперимента. Методика использования экспериментальных характеристик при имитационном моделировании прямолинейной динамики движителя рассматривается на примере одиночного колеса, для чего описана используемая математическая модель взаимодействия движителя с деформируемым основанием. Определена совокупность параметров движения, необходимая для выбора режимов привода колеса.

Характеристиками процесса прямолинейного качения колеса в различных случаях движения являются удельные потери энергии /» (потери энергии при качении на единицу пройденного колесом пути при единичной вертикальной нагрузке), удельная свободная тяга (продольная сила, приложенная к оси катящегося колеса, при единичной вертикальной нагрузке на его ось), коэффициент

с _ ^ г"° ~ _ Гк V буксования: "-»я---I--;' г, = —, где сок - угловая скорость враще-

<°к 'Гко Гко <ок

ния колеса; тк0 - радиус колеса в свободном режиме; гк - радиус качения колеса; Ухк -скорость цента масс колеса в продольном направлении.

Результаты испытаний представляются в виде тягово-энергетических /„ — /(<р) и тягово-сцепных характеристик <р =/(5я). Примеры экспериментальных характеристик ШК, представлены на рис. 1-2. Вид грунтового канала для образцов ЖК - 4Б и ЖК - 1 представлен на рис. 3 и 4 соответственно.

Рис. 3. Цилиндрическая модификация Рис. 4. Образец ЖК - 4Е в грунтовом канале, колеса - образец ЖК -1.

Методика проведения экспериментальных исследований с целью получения представленных характеристик опирается на уравнение (1) энергетического баланса, суть которого заключается в том, что подводимая энергия к равномерно катящемуся колесу расходуется на совершение работы продольной силой и на потери при взаимодействии с опорным основанием:

-со, = РХ Ухк +/„ -Рг -Ух1 , (1)

где Мк - крутящий момент, подводимый к колесу; Рх - продольная сила, дейст-

Рис. 2. Графики тягово-сцепных характеристик различных модификаций колеса. 1- Образец ШК; 2 - ЖК - 4Б; 3 - ЖК - 1.

Рис. 1. Графики зависимостей удельных потерь энергии при качении различных модификаций колеса. 1-

Ойрозцы

• - шн _ аз » -

о -ЖК-1

• *ххох О.б

а.

вующая на ось колеса; Р2 - вертикальная сила, действующая на ось колеса.

Тогда выражение для определения удельных энергетических потерь с

Рж

учетом, что <р = — , примет вид:

Мк сок Рх Мк <ок

~ - К - х к к

Р, Ул Р, Р, Ул

Величины, входящие в правую часть уравнения (1), определяются в процессе эксперимента. Экспериментальные исследования должны проводиться в различных скоростных режимах (для учёта реологии опорного основания), при различном числе проходов колеса по колее и разных режимах качения (свобод-

ном, ведомом, ведущем, тормозном). Таким образом, для совокупности дорожных условий могут быть получены тягово-энергетические /„ =/(<р) и тягово-сцепные <р = /(5Л) характеристики. Методику использования экспериментальных характеристик при имитационном моделировании прямолинейной динамики движителя рассмотрим на примере одиночного колеса в ведущем режиме массой тк и моментом инерции вокруг оси 1к (рис. 5).

Уравнения динамики колеса при отсутствии вертикальных перемещений (Рг=Яг) примут вид: К =ЯХ -Рх

. (3)

|/4 Ч =Мк -М(Д, )-М(Ях) В системе уравнений (3) Р, и Мк считаются заданными.

Учитывая, что по условию прове-

„ , „ дения эксперимента Р' = Ях а Р= Я,,

Рис. 5. Расчетная схема движения колеса.

где Я, - продольная реакция колеса с опорным основанием; Яг - вертикальная реакция в пятне контакта колеса с опорной поверхностью, а для определения силы Я, воспользуемся зависимостью:

Л, =<Р -Д, • (4)

Для определения моментов сопротивления движению составим и используем уравнение энергетического баланса (1), откуда, учитывая, что движение равномерное (по условиям эксперимента в грунтовом канале):

М(Дг ) + М(й, ) = М4 =(/„ ) Рг--

(5)

Т.е., неизвестный момент в правой части уравнения определяется зависимостями /„ = /(р) и ср =/(5я ). Окончательно уравнения динамики одиночного колеса могут быть представлены в следующем виде:

т.

1к ■а>к =Мк -(/; +<р)-Рг

(6)

При заданных значениях Рг, Р„ и Мк, а также при известных зависимостях для /„ и <р , система уравнений (6) пригодна для имитационного математического моделирования с использованием экспериментальных характеристик взаимодействия движителя с опорным основанием. Движение автомобиля высокой проходимости по несвязным грунтам характеризуется большими затратами энергии, обусловленными значительным буксованием ведущих колес. Такое буксование, связанное с экскавацией грунта и бульдозерным эффектом,

приводит к значительным энергетическим затратам. При этом, как известно из многочисленных работ и, в частности, из работ Ю.Л. Рождественского, энергетические потери значительно возрастают с увеличением коэффициента буксования, а коэффициент свободной тяги при этом растет незначительно и имеет определенное предельное значение, как показано на рис. 6.

/| г»! |

^ <Р } \ ; I

Фпт

1 Бб ........................................<Р~

Рис. 6. Графики зависимостей <р =/(5г )и Рис. 7. График зависимости /„(р)

Л = /(М

Из рис. 7 видно, что движение возможно только с определенным ограниченным значением тяги. С ростом буксования тяга перестает увеличиваться, и вся энергия двигателя тратится на преодоление увеличивающейся силы сопротивления движению. На основании вышесказанного можно заключить, что одной из задач по обеспечению опорной проходимости колесного транспортного средства является разработка системы управления подводимой мощностью к ведущим колесам с целью реализации потенциальных возможностей движителя. Однако реализация непосредственного определения коэффициента сцепления колеса с опорной поверхностью при движении транспортного средства крайне затруднительна. В связи с этим наиболее рациональным является обеспечение возможности выбора водителем режимов в зависимости от его субъективных оценок условий движения и визуального восприятия свойств опорной поверхности, что в настоящее время реализовано для системы регулирования давления воздуха в шинах. Система же управления подводимой мощностью к колесу определяет текущее соотношение Рх/Рп и сравнивает его с назначенным водителем коэффициентом сцепления, который, в частности, может определяться положением переключателя на приборной панели. Соотношение сил Рх/Ра легко померить установкой на элементах подвески колесного движителя соответствующих тензодатчиков, определяющих продольные и вертикальные нагрузки на колесе. Таким образом, осуществляя регулировку частоты вращения колесного движителя путем управления тягой на колесе, можно обеспечить необходимое значение тяги при минимальных энергозатратах, т.е. при минимуме буксования.

В третьей главе описаны особенности имитационного математического моделирования прямолинейной динамики автомобиля: расчетная схема и основные допущения, уравнения динамики прямолинейного движения, уравнения

для определения нормальных реакций под колесами автомобиля, характеристики взаимодействия колесного движителя с деформируемой опорной поверхностью, математические модели характеристик привода колес автомобиля в случае различных схем трансмиссии. Подробно представлена программная реализация разработанной математической модели и анализ результатов её работоспособности. Решение задачи о рациональном распределении мощности по колёсам рассмотрено на примере трёхосного автомобиля с равномерным расположением осей, актуальность применения которого подтверждается исследованиями, проводимыми на кафедре «Колёсные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках НИР и ОКР. Построение математической модели движения автомобиля рассмотрено на примере трёхосной колёсной машины с индивидуальным, блокированным и дифференциальным приводом колёс. Расчётная схема автомобиля, представленная на рис. 8, принята с учётом характера решаемой задачи и описывается соответствующими уравнениями (7).

з

тс-УХс =2'Т<РХ1 <тс ■«•ып(а)+/>„.),

Л,-<=мК1 -(1-5£,)(/„,•гКо, ^ ;

тк,^хк,= <Р> ■ Кг, ~ Рх, ~ тю • £ ■ , где I = 1, ...3; тс - масса автомобиля; тХ1 - масса колеса;/,, - момент инерции колеса; 1 - номер колеса; УХс - продольное ускорение центра масс автомобиля; а>к! - угловое ускорение /-го колеса; аХК1 - продольное ускорение центра масс /-го колеса; g -ускорение свободного падения; а - угол наклона опорной поверхности.

Сила, действующая на корпус автомобиля со стороны колеса по оси 2\

РХ1=(ХК1 -ьК1успод,+(УХК1 -г^ув^, (8)

гДе С«». - коэффициент жесткости подвески в продольном направлении;/^- коэффициент демпфирования в подвески в продольном направлении; ХК1 - расстояние от

центра масс до оси колеса по оси X; LK¡ - расстояние от центра масс до точки крепления подвески по оси X; Vxc - скорость центра масс автомобиля.

Пусть коэффициент взаимодействия колеса с опорной поверхностью, определяющий тягу в пятне контакта, соответствует рис. 6 и определяется по зависимости:

s; (9)

ср = Sing (SB)-<p_ (1-е 0 ), К }

где Só - коэффициент буксования колеса; <р - максимальное значение коэффициента

силы сцепления колеса с опорной поверхностью; 50 - константа.

Вертикальная реакция в пятне контакта колеса с опорной поверхностью определяется следующей зависимостью:

Rz¡=Pz¡+mKrg-cos(a). (10)

PZl определяются из решения системы уравнений (11): рг\ + pz2 +pz3=mc-g- cos(a),

Pzr^+Pz2-LK2+Pz3-LK3=ZM0TH, (И)

pz\ ~^K}) + Pzz '(.LK3 —LKl) + Ргг •(LKt -LK1) = 0,

где Y,Mom =~<mc-a, -Hc+Pv-Hrp + M,m + + - сумма крутящих моментов относительно проекции центра масс на линию, соединяющую оси колес.

Сила сопротивления движению колеса:

(12)

где f*t ~f*o

-К,- log(l--^-r) - коэффициент сопротивления качению

колеса по деформируемому основанию (рис. 7), fwo - коэффициент сопротивления движению при отсутствии буксования в свободном режиме качения, K¡ - коэффициент пропорциональности.

Характер изменения коэффициента сопротивления при качении колеса по деформируемому основанию и коэффициента взаимодействия колеса с опорной поверхностью, от которого зависит тяга в пятне контакта, при определении по принятым зависимостям, соответствует данным, представленным на рис. 6 и 7, а также полностью согласуется с результатами экспериментальных исследований. В связи с этим, зависимости для определения <p(SE) и fw(SE) могут быть использованы при имитационном математическом моделировании в качестве характеристик деформируемого опорного основания. Численное моделирование движения полноприводного автомобиля проводилось в пакете Simulink системы MathLAB. Анализ результатов исследований работоспособности математической модели подтвердил возможность её использования для прогнозирования проходимости автомобиля по деформируемым грунтам и исследования эффективности различных схем трансмиссии и подходов к распределению крутящего момента по колёсам автомобиля.

В четвертой главе описывается закон распределения мощности по колёсам с использованием аппарата нечёткой логики {fuzzy logic), направленный на повышение опорной проходимости, и его программная реализация.. Представлены сравнительные результаты теоретических исследований прямолинейной динамики автомобиля в случае различных схем трансмиссии: дифференциального, блокированного и индивидуального привода колёс. Крутящий момент двигателя должен так распределяться между колёсами, чтобы для автомобиля с данным движителем и другими характеристиками в конкретных дорожных условиях обеспечить минимальную мощность, необходимую для движения, минимальный расход топлива и высокие показатели опорной проходимости.

В качестве входного сигнала/йггу-регулятора выбрана величина Д(PJ Р.), которая представляет собой относительную разницу между соотношением {PJР,)0, выбираемым водителем, исходя из своих представлений о характеристиках опорного основания, и действительной величиной (Рх/Р,)т, определяемой с помощью датчиков:

(PIP) -(Р/Р)

* ' {PJPX К '

Выходным параметром контроллера является h - положение условного органа управления (педали «газ») для приводного двигателя каждого колеса, которое может изменяться в пределах от «О» - педаль «газ» полностью закрыта, до «1» - 100% -ное открытие. Для входной величины были составлены функции принадлежности сигналов (рис. 9), описывающие следующие лингвистические значения: ДРх1Рг - отрицательное («-»), нулевое («0»), положительное («+»).

Лингвистические значения для выходной величины: h - педаль полностью закрыта («0»), открыта частично («+»), открыта полностью («++»). На основании выбранных значений (термов) были составлены три лингвистических правила, которые связывают входной параметр с выходной величиной, с описанием режима движения для каждого случая.

-0.05

0.05

0.1 ЛРхЯа

Рис. 9. Функции принадлежности входного сигнала

Таблица 1

Лингвистические правила, связывающие входные и выходные параметры

№ АРх1Рг h Описание режима движения

1 2 3 4

1 - ++ Возможности по сцеплению и, соответственно, тяге полностью не реализованы. Полное нажатие на педаль «газ».

1 2 3 4

2 0 + Возможности по сцеплению и, соответственно, тяге близки к максимальным значениям. Частичное нажатие на педаль «газ».

3 + 0 Возможности по сцеплению и, соответственно, тяге полностью реализованы. Колесо находится в режиме буксования. Педаль «газ» должна быть полностью закрыта.

В разработанной системе применён нечёткий логический вывод типа «Сугено». Эта нечеткая база знаний разделяет пространство входных переменных на нечеткие области, в которых связь между входными и выходной переменной задается линейной функцией. Результат нечеткого логического вывода получается как взвешенная линейная комбинация результатов нечетких логических выводов по каждому правилу. Затем результирующее нечеткое множество дефаззифицируется для получения четкого (числового) значения. В системе предусмотрено ограничение: скорость при регулировании по соотношению РхУРъ может быть увеличена, но не больше, чем задано водителем, т.е. в модели из двух выходных значений А для /мгг^регуляторов (по скорости V и по соотношению Рх/Рц) выбирается меньшее. Для реализации работы закона, направленного на повышение опорной проходимости, на практике система управления автомобилем должна быть оснащена: тензодатчиками для определения вертикальной нагрузки на колеса; тензодатчиками для определения продольной нагрузки на колеса; бортовым вычислителем;/иггу-регулятором.

Ниже представлены результаты моделирования прямолинейного движения трехосного колёсного транспортного средства по несвязному грунту (Ртх =0.35) при трёх выбранных схемах трансмиссии: дифференциальной, блокированной и индивидуальной раздаче мощности на каждое колесо. Автомобиль имеет массу 3500 кг, мощность двигателя, подводимая к каждому колесу, 12,3 кВт, угол наклона дороги а = 0 град, начинает движение со скорости 0,1 м/с для блокированной и индивидуальной схемы и с 1 м/с для дифференциальной. Водитель описывается при помощи аппарата нечеткой логики и задает такую подачу топлива, чтобы двигаться со скоростью 1 м/с для каждой схемы.

Сравнение проведено при силе тяги на крюке Ар=10000 Н, которая является предельно возможной по условию сцепления колеса с опорной поверхностью и подводимому моменту. Время движения / = 10 с для дифференциальной и блокированной трансмиссий и /=20 с для индивидуального привода, выбранное водителем соотношение (Рх/Рг,)шах = 0,34, что на 3% меньше максимального значения коэффициента сцепления колеса с опорной поверхностью и соответствует 42% -му буксованию при принятой зависимости ср — /(5£ ).

1. Дифференциальный привод. Анализ представленных результатов позволяет сделать вывод о том, что автомобиль не справился с возложенной на него функцией, т.е. не смог выполнить транспортную задачу. Через 0,7 с после начала движения автомобиль полностью остановился (рис. 10), при этом колесо первой оси находится в режиме полного буксования (рис. 11). Испытания при других начальных и предельных скоростях существенно на характер процесса

не влияют: автомобиль с дифференциальной трансмиссией в таких условиях

двигаться не может, • У.н'е 1,0

ИЛра^с

О 0.2 од 0.6 0Л о 0,2 0.4 о* о*

Рис. 10. График зависимости изменения Рис. 11. График зависимости изменения скорости центра масс. скорости вращения колёс.

1 - при 1-м режиме движения (табл. 1);

2 - при 2-м режиме движения (табл.1);

3 - при 3-м режиме движения (табл. 1);

2. Блокированный привод. При подаче единого управляющего воздействия на каждое колесо А (рис. 12), автомобиль разогнался до скорости, равной 4% от максимальной, что составляет 1 м/с (рис. 13), (примерно за 2,7 е.). В дальнейшем за счёт регулирования положения органа скорость к установившемуся значению была выведена к 6-ой с.

У,ы/с

1.0

о*

0.6

0,4

од

А.....4 1 Г.....'! ' ..... Г....... 1______<- 1 _1 -¿- J

1 __ | _ I_____1_!__]__[...... .......;........1........

.... .. .. .. ? .. ^.. )......-—»—•!—4—4— ! 1 1 1 1

Ьс

О 2 4 С 8 10

Рис. 12. График изменения управляющего Рис. 13. График изменения скорости цен-воздействия А по времени. тра масс.

Представленные на рис. 14 и 15 графики буксования колёс и удельной свободной тяги позволяют сделать следующие выводы: этап разгона (до 3 с.) связан со значительным буксованием колёс (рис. 14) и невозможностью реализации максимальной тяги. Соотношение (Рх/Рп) на всех колёсах превышает предполагаемое максимальное значение (рис. 15). Выход в режиме установив-

шегося движения на максимальное значение, (около 0,35), связан только с тем, что на крюке приложена максимальная нагрузка, исходя из сцепных свойств. В том случае, когда нагрузка была уменьшена, соотношение (Рх/Р^) не достигало в установившемся режиме предельного значения. Отметим, что характер увеличения буксования и изменения удельной тяги на этапе разгона при изменении нагрузки на крюке сохранялся, как для случая с Ар = 10000 Н. Логично также предположить, что длительное буксование в реальных условиях может привести к невозможности выполнять автомобилем заданные функции, т.е. произойдёт полная остановка в связи с экскавационным эффектом.

мени.

1 - при 1-м режиме движения (табл. 1);

2 - при 2-м режиме движения (табл.1);

3 - при 3-м режиме движения (табл. 1);

3. Индивидуальный привод. При подаче отдельного на каждое колесо управляющего воздействия А (рис. 16), автомобиль разогнался до скорости, равной 4% от максимальной, что составляет 1 м/с (рис. 17), (примерно за 14 е.). Это гораздо дольше, чем в случае с блокированным приводом. Однако процесс разгона был плавным и более эффективным, о чём свидетельствуют графики на рис. 18, 19. Система поддерживает соотношение (Рх/Ря) для каждого колеса в зоне, соответствующей реализации максимально возможной силы тяги (рис. 19), за счёт подачи различного управляющего воздействия (рис. 16). Анализ результатов производился по следующим показателям: суммарная подводимая к колёсам мощность Л'уд, соотношение удельной тяги на колесах {Рх/Р2) к подводимой к колесам мощности //уд, соотношение полезной работы силы тяги на колесах Л пол к совершенной работе подводимого к колесам крутящего момента Асов, соотношение полезной работы А пол к пройденному пути X, соотношение совершенной работы Асов к пройденному пути Л'для случаев блокированного и индивидуального приводов. По результатам анализа можно отметить следующее: система обеспечения опорной проходимости позволяет распределять мощность N между колесами в соответствии с реализуемой этими колесами тя-

той, которая определяется соотношением (Рх/Рг). Суммарная удельная мощность, затрачиваемая при движении в блокированном приводе, больше, чем в индивидуальном, особенно на этапе разгона, об этом свидетельствует увеличение энергозатрат на движение. В результате, система регулирования тяги позволяет обеспечить большее значение соотношения удельной тяги на колесах, чем блокированный привод. Это выражается в том, что отношение полезной работы силы тяги на колесах транспортного средства к совершенной работе подводимого к колесам крутящего момента от трансмиссии вычислится как отношение:

А„

¡Лу -УЖ \М„-ткЛ

(13)

„У.к'с

0 4 8 12 16 20' Рис. 16. График изменения управляющего воздействия к по времени.

1 -при 1-м режиме движения (табл. 1);

2 - при 2-м режиме движения (табл.1);

3 - при 3-м режиме движения (табл. 1); .эд

О 4 8 12 16 20 Рис. 17. График изменения скорости центра масс

Рх/Рп

0 4 8 12 16 20 Рис. 18. График изменения коэффициента буксования колёс по времени.

1 - при 1-м режиме движения (табл. 1);

2 - при 2-м режиме движения (табл.1);

3 - при 3-м режиме движения (табл. 1);

0 4 8 12 16 20 Рис. 19. График изменения соотношения реакций опорной поверхности Рх/Ргг по времени.

1 - при 1-м режиме движения (табл. 1);

2 - при 2-м режиме движения (табл.1);

3 - при 3-м режиме движения (табл. 1); У автомобиля, оборудованного системой обеспечения опорной проходимости, выше, чем у автомобиля, оборудованного блокированной трансмиссией

(0,53 и менее 0,4, соответственно) даже в установившемся режиме движения. Следовательно, транспортное средство, оборудованное системой регулирования тяги, расходует меньше топлива на единицу пути, чем транспортное средство, имеющее полностью блокированный привод. Это подтверждается соответствующими значениями соотношений работы А сов к пройденному пути и Апоп к пройденному пути X. Так, в случае блокированного привода, автомобиль совершает работу на единицу пройденного пути около 3700 Дж/м на этапе разгона, а при индивидуальном - 3450 Дж/м. Причём, затраченная работа у автомобиля с блокированной трансмиссией гораздо выше, чем с индивидуальным приводом, что особенно характерно для этапа разгона.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ:

• На основе современных положений теории движения автомобиля разработана математическая модель, которая позволяет определять показатели опорной проходимости при прямолинейном движении полноприводного автомобиля по несвязным грунтам в случае различных законов распределения мощности по колесам. Особенностью модели является использование тягово-энергетических и тягово-сцепных характеристик качения одиночного колеса по деформируемому основанию, определяемых в ходе экспериментальных исследований, и учёт продольной податливости направляющих элементов подвески.

• Сравнением результатов имитационного моделирования прямолинейной динамики автомобиля при различных схемах трансмиссии доказано, что разработанная математическая модель, в которой применены тягово-энергетические и тягово-сцепные экспериментальные зависимости, пригодна для использования при определении показателей опорной проходимости автомобиля по деформируемым грунтам и оценке его эффективности при решении различных транспортных задач. Пригодность модели подтверждена полученными в ходе численного эксперимента результатами по перераспределению нормальных реакций грунта, характеру изменения угловых скоростей вращения колёс и крутящих моментов, моменту на выходном валу двигателя, управляющему воздействию со стороны системы, буксованию колёс и величине удельной свободной силы тяги.

• Определена совокупность параметров движения, обуславливающая выбор режимов привода колес в случае индивидуального распределения мощности. Установлено, что при управлении тягой на колесе можно обеспечить движение автомобиля при минимальных энергозатратах, т.е. при минимуме буксования; в связи с трудностями непосредственного определения характеристик взаимодействия колеса с опорной поверхностью при движении транспортного средства наиболее рациональным является возможность выбора водителем режимов в зависи-

мости от его субъективных оценок условий движения и визуального восприятия свойств опорной поверхности.

• Для повышения опорной проходимости транспортного средства следует поддерживать равенство отношения силы, действующей на корпус автомобиля со стороны колеса по оси X, к нормальной нагрузке на колесе (Рх/Рг), которое определяет коэффициент свободной силы тяги.

• Состав системы для реализации данного управления на практике следующий: тензодатчики для определения вертикальной нагрузки на колеса, тензодатчики для определения продольной нагрузки на колеса, бортовой вычислитель,/wzzy-регулятор.

• Путём сопоставления данных теоретических исследований при выбранных схемах трансмиссии и различных условиях движения установлено, что применение предложенного закона распределения мощности по колёсам позволяет улучшить показатели опорной проходимости в сравнении с известными типами трансмиссий.

■ при нагрузке на крюке в 10 кН, = 0,35;/„, =0,06, автомобиль с дифференциальной трансмиссией оказался неспособным выполнять транспортную задачу и остановился через 0,7 сек. после начала движения;

■ для блокированного и индивидуального приводов на переходном этапе (движение с максимальными энергетическими затратами (с 0,2 с. движения (5^=0,98) до 2,8 с. (5^=0,84) при блокированном приводе) с нагрузкой на крюке в 10 кН были получены следующие результаты, свидетельствующие о преимуществах распределения мощности, исходя из необходимости поддержания выбранного водителем соотношения (Р*/Р2): блокированный привод-ЛПо/Лсов = 0,07; Аан/Х =155 кДж/м; NyJi =0,99; S=0,96; Лпол/Х =3695 Дж/м; индивидуальный привод АпоуЛсоВ=0,5; Аса/Х=6920 Дж/м; 7УуД=0,07; 54),36 (для максимально буксующего колеса); Апол/Х=3445 Дж/м;

• Перспективные направления дальнейших исследований заключаются в разработке системы распознавания условий движения с целью исключения субъективных оценок характеристик опорного основания водителем.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ИЗЛОЖЕНЫ:

1. Серебренный, И.В.. Повышение проходимости автомобиля за счёт рационального распределения потоков мощности по колёсам / И.В. Серебренный, Г.О. Котиев // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2008. Специальный выпуск. С. 193-201.

2. Серебренный, И.В. Численное моделирование работы системы обеспечения опорной проходимости колёсного движителя / И.В. Серебренный, Г.О. Котиев, A.A. Ергин // Известия АИН. Серия «Транспортные машины и транспортно-

технологические комплексы»: сб. ст. / В. - Вят. кн. изд-во - Н. Новгород. 2004. Т.8. С.24-27.

3. Серебренный, И.В. Система обеспечения опорной проходимости колёсного движителя / И.В. Серебренный, Г.О. Котиев, A.A. Ергин // Известия АИН. Серия «Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы»: сб. ст. / В. - Вят. кн. изд-во - Н. Новгород. 2004. Т.8. С.28-32.

4. Серебренный, И.В. Интеллектуальные возможности движителя / И.В. Серебренный, Г.О. Котиев, В.Н. Наумов // Мир транспорта. 2005. №4. С. 34-38.

5. Серебренный, И.В. Система обеспечения опорной проходимости колёсного транспортного средства / И.В. Серебренный // Проектирование колёсных машин: сб. материалов междунар. науч.-техн. конф., поев. 70-летию каф. «Колёсные машины» / МГТУ им. Н.Э. Баумана - Москва. 2006. -С.281-290.

Подписано в печать 22.04.09. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 277.

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева. Типография НГТУ. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

Введение.

Глава 1. Анализ состояния вопроса. Постановка задач исследования.

1.1. Анализ методов прогнозирования и повышения проходимости автомобилей.

1.1.1. Проходимость, как эксплуатационное свойство колёсной машины.

1.1.2. Нормативные оценочные показатели опорной проходимости.

1.1.3. Обобщённые оценочные показатели опорной проходимости.

1.1.4. Экспериментальные методы оценки проходимости.

1.2. Анализ математических моделей взаимодействия колесного движителя с опорной поверхностью при движении по деформируемому грунту.

1.2.1 Определение нормальных реакций грунта при уплотнении.

1.2.2 Определение касательных реакций грунта при сдвиге.

1.2.3. Анализ особенностей оценки потерь на качение в теории наземного транспорта.

1.3. Анализ подходов к созданию математических моделей движения колёсных машин.

Глава 2. Прогнозирование характеристик взаимодействия колесного движителя с опорной поверхностью расчетно-экспериментальным методом.

2.1. Экспериментальный метод определения тягово-сцепных свойств колесного движителя.

2.2. Оборудование и методика проведения экспериментальных исследований.

2.3. Математическая модель взаимодействия колесного движителя с деформируемым основанием.

I i I

2.4. Определение совокупности параметров движения для выбора режимов привода колеса.

2.5. Выводы.

Глава 3. Математическая модель прямолинейного движения автомобиля по деформируемому основанию.

3.1. Математическая модель прямолинейного движения по деформируемому опорному основанию трёхосного полноприводного автомобиля с равномерным распределением осей.

3.1.1. Расчетная схема и основные допущения.

3.1.2. Уравнения динамики прямолинейного движения автомобиля.

3.1.3. Характеристики взаимодействия колесного движителя с деформируемой опорной поверхностью.

3.1.4. Уравнения для определения нормальных реакций под колесами автомобиля.

3.1.5. Математическое моделирование характеристик привода колес автомобиля в случае различных схем трансмиссии.

3.2. Программная реализация математической модели.

3.3. Анализ результатов исследований работоспособности математической модели.

3.4. Выводы.

Глава 4. Выбор режимов индивидуального привода колес автомобиля для повышения опорной проходимости.

4.1. Рациональное распределение мощности по колесам с индивидуальным приводом.

4.2. Сравнительная оценка опорной проходимости и энергетических затрат на движение автомобилей с различным типом привода колес.

4.3. Выводы.

Актуальность темы. Современные тенденции развития автомобилестроения в большой степени связаны с появлением и развитием бортовых компьютерных систем, что повлекло за собой разработку и создание интеллектуальных систем управления различными узлами и агрегатами колёсной машины, в том числе, и трансмиссиями, которые в этом случае реализуются как электрические или гидрообъёмные и называются «гибкими» и «интеллектуальными».

Интеллектуальная» трансмиссия должна обеспечить приспосабливаемое поведение машины, в частности, полноприводного многоосного автомобиля, функционирующей в неопределенной внешней среде.

Гибкая интеллектуальная» трансмиссия должна обеспечить быструю и точную реакцию на изменение силовых и кинематических параметров движения.

С точки зрения повышения проходимости на сегодняшний день выдвигаются актуальные проблемы развития теории существующих и создания новых энергопередающих систем автомобиля, исследования и оптимизации их параметров, разработки новых законов и алгоритмов управления.

Вопрос совершенствования показателей проходимости, безусловно, является актуальным, особенно в условиях нашей страны с недостаточно развитой системой автомобильных дорог. Вместе с тем, когда речь идёт об эксплуатации специальной колёсной техники: военных автомобилей, поисковых амфибийных автомобилей и т.д., удовлетворительными характеристики опорных оснований быть в принципе не могут.

Как отмечается в [20], обеспечение необходимых тягово-динамических свойств с соблюдением экологических и экономических требований только за счёт увеличения мощности неприемлемо. Необходима оптимизация параметров при выборе схем раздачи мощности по колёсам и типа трансмиссии для автомобилей каждого класса грузоподъёмности в зависимости от их предназначения.

Отличительной особенностью условий функционирования трансмиссий полноприводных автомобилей является то, что количество возможных комбинаций режимов работы ведущих колес в каждый конкретный момент времени существенно больше по сравнению с неполноприводными автомобилями. Особенно это заметно при возрастании числа мостов и при криволинейном движении, движении по деформируемым грунтам и неровным опорным поверхностям. Однако проблемы, связанные с разработкой законов и алгоритмов для распределения мощности при различных вариантах трансмиссии, на сегодняшний день ещё пока не являются решёнными в полном объёме.

Ещё одной непростой трудоёмкой задачей, которую разработчикам приходится решать при выборе схем раздачи мощности и типа трансмиссии, особенно для многоосных машин, является определение параметров взаимодействия движителя с опорной поверхностью для учёта их при составлении математической модели взаимодействия движителя с опорным основанием.

Построение компьютерного управления силовым приводом колес полноприводного автомобиля на основе интеллектуальной системы позволит с высоким качеством выполнять сложное регулирование в условиях интенсивного изменения возмущающих воздействий и неполной информации о внешней среде, какой является бездорожье.

В этой связи разработка закона распределения мощности по колёсам автомобиля, направленного на улучшение опорной проходимости, представляется важной исследовательской задачей, решение которой позволит модернизировать существующие и создавать новые автомобили, с более совершенными показателями опорной проходимости, что, в свою очередь, благоприятным образом отразиться и на эколого-экономических аспектах.

Для принятия оптимальных конструктивных решений необходимо располагать методами, позволяющими проводить сравнительную оценку автомобилей с различными схемами трансмиссиями и законами распределения мощности по колёсам на стадии проектирования.

На этапе разработки наиболее эффективным является прогнозирование характеристик проходимости автомобиля при различных схемах трансмиссии и отработка алгоритмов для их систем управления с использованием имитационного математического моделирования на ЭВМ. Проведение вычислительных экспериментов на ранних стадиях создания автомобиля дает возможность исследовать эффективность различных законов и алгоритмов на совокупности дорожных условий. Это позволяет разработчикам определяться не только с требованиями к системам распределения мощности, но и сокращать сроки доводочных испытаний и, тем самым, снижать стоимость разработки.

Цели и задачи. Целью работы является повышение опорной проходимости автомобиля путём рационального распределения мощности по колёсам.

Для достижения намеченной цели в работе были поставлены и последовательно решены следующие основные задачи:

- разработана математическая модель прямолинейного движения полноприводного автомобиля по деформируемому опорному основанию, в которой учтена возможность реализации различных законов распределения мощности по колёсам. Особенностью модели является использование экспериментальных данных качения одиночного колеса по деформируемому основанию и учёт продольной податливости направляющих элементов подвески; выполнен сравнительный анализ данных экспериментов с результатами моделирования на примере одиночного колеса, который подтвердил возможность применения методики имитационного моделирования прямолинейной динамики движителя с использованием экспериментальных характеристик;

- выполнен анализ результатов исследования работоспособности математической модели прямолинейного движения полноприводного автомобиля по деформируемому опорному основанию для подтверждения возможности её использования при прогнозировании показателей опорной проходимости;

- проведены теоретические исследования прямолинейного движения автомобиля по деформируемому опорному основанию при блокированной и дифференциальной связи между колёсами для получения данных, необходимых для сравнительной оценки;

- разработан закон управления индивидуальным приводом колёс, направленный на улучшение показателей опорной проходимости;

- проведено сравнение результатов теоретических исследований при различных законах распределения мощности, подтвердившее целесообразность применения разработанного закона.

Методы исследований. Исследования проводились с использованием численных методов моделирования движения автомобиля при различных схемах трансмиссии и современных методов оценки автомобильной техники по возможностям проходимости. В работе использованы результаты экспериментов, проводимых в МГТУ им. Н.Э Баумана в разное время.

Научная новизна заключается:

- в создании математической модели, позволяющей прогнозировать показатели опорной проходимости при прямолинейном движении полноприводного автомобиля для различных схем трансмиссии, особенностью которой является использование экспериментальных тягово-энергетических и тягово-сцепных характеристик, а также введение продольной податливости направляющих элементов подвески;

- в разработке с использованием аппарата нечёткой логики (Fuzzy Logic) закона распределения мощности по колёсам автомобиля, направленного на повышение опорной проходимости;

- в результатах сравнительных теоретических исследований прямолинейной динамики полноприводного трёхосного автомобиля с равномерным распределением осей при различных схемах трансмиссии: с дифференциальным, блокированным и индивидуальным приводом. Практическая ценность работы. На основе результатов выполненных исследований для практического использования при оценке эффективности автомобиля с различными схемами трансмиссии создан комплекс программ для ЭВМ. Использование комплекса позволяет имитировать прямолинейную динамику машины при различных законах распределения мощности по колёсам в различных дорожных условиях, задаваемых при помощи тягово-энергетических fv = f(cp) и тягово-сцепных ср = /(S/; ) характеристик, и, тем самым, сократить сроки проектирования и доводочных испытаний.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в ОАО «АВТОВАЗ» и используются в учебном процессе при подготовке инженеров на кафедре СМ-10 «Колесные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы заслушивались и обсуждались:

-на научно-технических семинарах кафедры СМ-10 - «Колесные машины» МГТУ им. Н. Э. Баумана в 2004. .2008 гг (г. Москва); -на научно-техническом семинаре кафедры - «Тягачи и амфибийные машины» ГТУ МАДИ (г. Москва, 25-27 января 2005 г.)

- на международной научно-технической конференции «Проектирование колёсных машин», посвященной 70-летию кафедры «Колёсные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана (г. Москва, 22-23 ноября 2006 г.);

- на 6-ом международном автомобильном научном Форуме «Проблемы создания транспортных средств нового поколения, обеспечивающих выполнение перспективных требований по экологии, энергосбережению и безопасности» (г. Москва, 15 октября 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 научных работ, из них по списку, рекомендованному ВАК, 2:

1. Серебренный И.В, Котиев Г.О., Ергин А. А. Численное моделирование работы системы обеспечения опорной проходимости колёсного движителя // Известия Академии инженерных наук РФ им. акад. A.M. Прохорова. Транспортно-технологические машины и комплексы / Под ред. Ю.В. Гуляева. - Москва-Н. Новгород: НГТУ, 2004. - Т.8. - С.24-27.

2. Серебренный И.В, Котиев Г.О., Ергин А.А. Система обеспечения опорной проходимости колёсного движителя // Известия Академии инженерных наук РФ им. акад. A.M. Прохорова. Транспортно-технологические машины и комплексы / Под ред. Ю.В. Гуляева. - Москва -Н. Новгород: НГТУ, 2004. - Т.8. - С.28-32.

3. Серебренный И.В., Котиев Г.О., Наумов В.Н. Интеллектуальные возможности движителя // Мир транспорта. - 2005. - №4. - С.34-3 8.

4. Серебренный И.В. Система обеспечения опорной проходимости колёсного транспортного средства // Проектирование колёсных машин.: Материалы международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию кафедры «Колёсные машины» МГТУ им. Н.Э. Баумана. 22-23 ноября 2006 г. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - С.281-290.

5. Серебренный И.В., Котиев Г.О. Повышение проходимости автомобиля за счёт рационального распределения потоков мощности по колёсам II Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. - 2008. -Специальный выпуск. - С. 193-201.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих результатов и выводов, списка литературы. Работа изложена на 161 листах машинописного текста, содержит 107 рисунков, 1 таблицу. Библиография работы содержит 114 наименований.

Основные результаты и выводы по работе

• На основе современных положений теории движения автомобиля разработана математическая модель, которая позволяет определять показатели опорной проходимости при прямолинейном движении полноприводного автомобиля по несвязным грунтам в случае различных законов распределения мощности по колесам. Особенностью модели является использование тягово-энергетических и тягово-сцепных характеристик качения одиночного колеса по деформируемому основанию, определяемых в ходе экспериментальных исследований, и учёт продольной податливости направляющих элементов подвески.

• Сравнением результатов имитационного моделирования прямолинейной динамики автомобиля при различных схемах трансмиссии доказано, что разработанная математическая модели, в которой применены тягово-энергетические и тягово-сцепные экспериментальные зависимости, пригодна для использования при определении показателей опорной проходимости автомобиля по деформируемым грунтам и оценке его эффективности при решении различных транспортных задач. Пригодность модели подтверждена полученными в ходе численного эксперимента результатами по перераспределению нормальных реакций грунта, характеру изменения угловых скоростей вращения колёс и крутящих моментов, моменту на выходном валу двигателя, управляющему воздействию со стороны системы, буксованию колёс и величине удельной свободной силы тяги.

• Определена совокупность параметров движения, обуславливающая выбор режимов привода колес в случае индивидуального распределения мощности. Установлено, что при управлении тягой на колесе можно обеспечить движение автомобиля при минимальных энергозатратах, т.е. при минимуме буксования; в связи с трудностями непосредственного определения характеристик взаимодействия колеса с опорной поверхностью при движении транспортного средства наиболее рациональным является возможность выбора водителем режимов в зависимости от его субъективных оценок условий движения и визуального восприятия свойств опорной поверхности.

• Для повышения опорной проходимости транспортного средства следует поддерживать равенство отношения силы, действующей на корпус автомобиля со стороны колеса по оси X, к нормальной нагрузке на колесе (Pxi/Pzi), которое определяет коэффициент свободной силы тяги.

• Состав системы для реализации данного управления на практике включает: тензодатчики для определения вертикальной нагрузки на колеса, тензодатчики для определения продольной нагрузки на колеса, бортовой вычислитель, fuzzy-регулятор.

• Путём сопоставления данных теоретических исследований при выбранных схемах трансмиссии и различных условиях движения установлено, что применение предложенного закона распределения мощности по колёсам позволяет улучшить показатели опорной проходимости в сравнении с известными типами трансмиссий.

• При нагрузке на крюке в 10000 Н автомобиль с дифференциальной трансмиссией оказался неспособным выполнять транспортную задачу и остановился через 0,7 сек. после начала движения.

• Для блокированного и индивидуального приводов на переходном этапе (движение с максимальными энергетическими затратами (с 0,2 сек движения (8б=0,98) до 2,8 сек (SK=0,84) при блокированном приводе) с нагрузкой на крюке в 10000 Н были получены следующие результаты, свидетельствующие о преимуществах распределения мощности, исходя из необходимости поддержания выбранного водителем соотношения (Pxi/Pzi): в случае блокированного привода - Апол /Асов —0,07', Асов /X =155000Дж/м; Nyd =0,99; S=0,96; Апол /X =3695 Дж/м. в случае индивидуального привода - Апол / Асов = 0,5; Асов /Х=6920 Дж/м; Nyd=0,07; S=0,36 (для максимально буксующего колеса); Лпол / X =3445 Дж/м.

• Перспективные направления дальнейших исследований заключаются в разработке системы распознавания условий движения с целью исключения субъективных оценок характеристик опорного основания водителем.

1. Барахтанов JI.B., Беляков Б.В., Кравец В.Н. Проходимость автомобиля. — Н. Новгород: НГТУ, 1996. 200 с.

2. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин: Учеб. для студентов машиностроительных специальностей вузов. — 2-е изд., доп. и перераб. — М.: Машиностроение, 1990. -352 е.: ил.

3. Агейкин Я. С. Проходимость автомобилей. — М.: Машиностроение, 1981. -230 с.

4. Бабков В.Ф., Бируля А.К., Сиденко В.М. Проходимость колесных машин по грунту. — М.: Автотрансиздат, 1959. — 189 с.

5. Барахтанов JI.B. Повышение проходимости гусеничных машин по снегу: Дис. .докт. техн. наук: 05.05.03. — Горький, 1988. —352 с.

6. Безбородова Г.Б. О направлениях научных исследований проходимости автомобилей // Изв. вузов. Машиностроение. — 1965. -№5. С. 145-148.

7. Гмошинский В.Г. Проходимость зимних дорог автотранспортом // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. -М.: Изд-во АН СССР, 1950. С. 175-194.

8. Гребенщиков В.И. Исследование проходимости автомобиля по мягким грунтам // Автомобильная промышленность. 1956. —№10. — С. 12-15.

9. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность-машина: Пер. с англ. / Под ред. В.В. Гуськова. М.: Машиностроение, 1973. — 520 с.

10. Кнороз В.И., Шарикян Ю.Э. Проходимость автомобиля и его оценка // Автомобильная промышленность. — 1958. —№.3. — С. 8-12.

11. Крагельский И.В. Об оценке проходимости грунтов // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин по целине и грунтовым дорогам. -М.: Изд-во АН СССР, 1950. С. 7-14.

12. Крживицкий А.А. Снегоходные машины. — М.: Машгиз, 1949.—236 с.

13. Кнороз В.И., Петров И.П. Оценка проходимости колесных машин // Труды НАМИ. 1973. - Вып. 142. - С. 66-76.

14. Платонов В.Ф., Чистов М.П., Аксенов А.И. Оценка проходимости полноприводных автомобилей // Автомобильная промышленность. 1980. — № 3. - С. 10-13.

15. Снегоходные машины / JI.B. Барахтанов, В.И. Ершов, С.В. Рукавишников, А.П. Куляшов. Горький: Волго-Вятское кн. Изд-во, 1986.- 191с.

16. Скотников В.А., Пономарев А.В., Климанов А.В. Проходимость машин. — Минск: Наука и техника, 1982. 328 с.

17. Барский И.В. Софиян А.П. К вопросу взаимодействия гусеничного движителя с почвой // Труды МАМИ М.:1956. - С. 15-18.

18. Яржемский СИ. Критерий проходимости гусеничных машин // Труды совещания по проходимости колесных и гусеничных машин. М.: Изд-во АН СССР, 1950. - С. 301-322.

19. Котляренко В.И. Оценка проходимости колёсных машин по деформируемым опорным поверхностям // Журнал ААИ. — 2008. №1. -С. 30-34.

20. Теория силового привода колёс автомобилей высокой проходимости. Под общей редакцией д.т.н., проф. С.Б. Шухмана. М.: Агробизнесцентр, 2007. — 336 с.

21. Львов Е.Д. Теория трактора. М.: Машгиз, 1960. - 228 с.

22. Саакян С.С. Взаимодействие ведомого колеса и почвы. — Ереван, изд-во М.С.Х.Арм. ССР, 1959.-236 с.

23. Агейкин Я.С. Вездеходные колесные и комбинированные движители. — М.: Машиностроение, 1972. — 184 с.

24. Агейкин Я.С. Оценка деформируемости грунта при рассмотрении проходимости автомобилей. — Автомобильная промышленность. — 1970. — №6.

25. Джаха Д.О. О некоторых вопросах моделирования в механике грунтов: Автореф. Дис. .канд. техн. наук. -М.: НИИ оснований, 1964.

26. Цитович Н.А. Механика грунтов. — М.: Высшая школа, 1983. 288 с.

27. Бабков В.Ф., Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов. — М.: Высшая школа, 1976. 328 с.

28. Бочаров Н.Ф., Гусев В.И., Семенов В.М., Соловьев В.И., Филюшкин А.В. Транспортные средства на высокоэластичных движителях. — М.: Машиностроение, 1974. —208 с.

29. Мишкиняк В.К. Аналитический метод определения безразмерных параметров взаимодействия жестких колес вездеходов с грунтом. — Дис. .канд. техн. наук. Л.: ВНИИТМ, 1976.

30. Горячкин В.П. Теория колеса: Собр. соч., т.И. М.: Сельхозгиз, 1937. -221с.

31. Желиговский В.А. Колея и механика качения колеса // Сборник трудов по земледельческой механике. Т.1 - М.: Сельхозгиз. - 1952.

32. Кузьменко ВА. Исследование тягово-сцепных качеств и обоснование выбора параметров ведущих и ведомых колес тракторов и сельхозмашин: Дис. .канд. техн. наук. Минск: НИИ механизации и электрификации сельского хозяйства нечерн. зоны СССР, - 1963.

33. Чистов М.П. Исследование сопротивления качению при движении полноприводного автомобиля по деформируемым грунтам: Дис. .канд.техн.наук. -М., 1971. —216 с.

34. Забавников Н.А., Наумов В.Н., Рождественский Ю.Л. и др. Определение сил и моментов для случая взаимодействия прямолинейно движущегося колеса с деформируемым грунтом // Известия вузов. Машиностроение. -1975. -№3. С. 121-126.

35. Зимелев Г.В. Теория автомобиля. -М.: Оборонгиз, 1957. 455 с.

36. Полетаев А.Ф. Качение ведущего колеса // Тракторы и сельхозмашины. -1964.-№1.-С. 11-15.

37. Веледницкий Ю.Б. Исследование поворота дорожных машин на гусеничном ходу: Дис. . .канд. техн. наук. М., 1965.

38. Наумов В.Н. Исследование взаимодействия жесткого колеса лунохода с деформируемым основанием в режимах прямолинейного движения и бортового поворота машины: Дис. . .канд. техн. наук. — М.: МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1972.

39. Ульянов Н.А. Основы теории и расчета колесного движителя землеройных машин. М.: Машгиз, 1962. - 208 с.

40. Маршак A.JT. О профиле поверхности полуавтоматических колес при контакте их с почвой // Сельскохозяйственная машина. — 1956. №3.

41. Соколова В.А. Петров И.П. Исследование взаимодействия арочного колеса с опорной поверхностью // Труды НАМИ. 1962. - Вып. 54. - С. 3-24.

42. Рогалюк JI.A. Аналитическое исследование процесса взаимодействия ведомого пневматического колеса и жесткой опорной поверхности качения // Труды ЦНИИМЭ. 1964. - Вып. 48. - С. 58-69.

43. Шелухин А.С. Сопротивление качению автомобильных шин по твердой поверхности // Труды НАМИ. 1962. - Вып. 54. - С. 68-104.

44. Пирковский Ю.В. Некоторые вопросы качения автомобильного колеса // Автомобильная промышленность. 1965. - №12.

45. Погосбеков М.И. Уточнение теории определения потери скорости ведущего автомобильного колеса // Автомобильная промышленность. — 1964. -№11.

46. Петрушов В.А. Анализ общего случая установившегося плоского движения цилиндрического эластичного колеса по твердой поверхности // Труды НАМИ. 1967. - Вып. 92. - С. 10-39.

47. Вирабов Р.В. Об оценке сопротивления качению упругого колеса по жесткому основанию // Известия вузов. Машиностроение. — 1967. №7. -С. 93-98.

48. Петрушов В.А., Некоторые пути построения технической теории качения

49. Труды НАМИ. 1963. - Вып. 1. - С. 15-23.

50. Петрушов В.А. Современные решения задач прикладной теории качения автомобильного движителя, сформулированных акад. Чудаковым // Труды НАМИ. 1963. -Вып. - 109. - С. 36-73.

51. Рождественский Ю.Л. Анализ и прогнозирование тяговых качеств колесных движителей планетоходов: Дис. .канд. техн. наук: 05.05.03. М., 1982. - 260 с.

52. Афанасьев Б.А., Белоусов Б.Н. Проектирование колёсных машин с использованием моделирования.: Учеб. пособие по курсу «Моделирование систем колёсных машин». М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. - 27 е.: ил.

53. Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. — М.: Машиностроение, 1978.-216с.

54. Динамика системы дорога шина - автомобиль - водитель / Под ред. А.А. Хачатурова. - М.: Машиностроение, 1976. - 535 с.

55. Эллис Д.Р. Управляемость автомобиля: Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1975. — 216 с.

56. Забавников Н.А., Кемурджиан АЛ., Рождественский Ю.Л. и др. В кн.: Машины, приборы, стенды. М.: МВТУ им. Н.Э.Баумана, Вып. 4. - 1974.-С. 94.

57. Забавников Н.А., Сологуб П.С., Назаренко Б.П., Наумов В.Н., Рождественский Ю.Л., Машков К.Ю. Исследование бортового поворота колесной транспортной машины методом испытаний одиночного колеса // Тракторы и сельхозмашины. 1972. - №1. - С. 12-14.

58. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. — М.: МИР, 1972. 382с.

59. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М.: Наука, 1970, - 432с.

60. Вольская Н.С. Вероятностная оценка опорно-тяговой проходимости колёсных машин: Дис. .докт. техн. наук: 05.05.03. М., 2008. - 374 с.

61. Ловцов Ю.И., Маслов В.К., Харитонов С.А. Имитационное моделирование движения гусеничных машин. М.: МВТУ, 1989. - 60 с.

62. Fuzzy Logic Toolbox. User's Guide, Version 2. The Math Works, Inc., 1999. -203 p.

63. Штовба С.Д. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику. www.exponenta.ru.

64. Zadeh L. Fuzzy sets // Information and Control. 1965. - №8. - P. 338-353.

65. Шухман С.Б. Исследование и разработка метода повышения эффективности колёсных машин за счёт рационального типа силового привода: Автореферат дисс. .докт. техн. наук: 05.05.03. НАТИ., 2001. — 48 с.

66. Ларин В.В. Методы прогнозирования опорной проходимости многоосных колёсных машин на местности: Дис. .докт. .техн. наук: 05.05.03. — М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2007. - 224 с.

67. Проектирование полноприводных колёсных машин: В 2 т.: Учеб. для вузов / Б.А. Афанасьев, Л.Ф. Жеглов, В.Н. Зузов и др.; Под общ. ред. А.А. Полунгяна. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - Т.2. - 640 с.

68. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. -М.: Изд-во АН СССР, 1961. 463 с.

69. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств. Пер. с англ. — М.: Машиностроение, 1982. 284 с.

70. Пирковский Ю.В., Шухман С.Б. Теория движения полноприводного автомобиля (прикладные вопросы оптимизации конструкции шасси). М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 230 с.

71. Платонов В.Ф. Полноприводные автомобили. — М.: Машиностроение, 1989.-304 с.

72. Смирнов Г.А. Распределение тяговых усилий по колёсам полноприводных многоосных автомобилей при движении их по неровностям // Известия вузов. Машиностроение. 1965. - № 17. - С. 19-24.

73. Шухман С.Б. Соловьев В.И. Эйдман А.А. Снижение сопротивления движению полноприводного автомобиля за счет применения регулируемой трансмиссии // Вестнник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005. - №4(61). - С. 72-80.

74. Беляков В.В. Взаимодействие со снежным покровом эластичных движителей специальных транспортных машин: Дис. .докт. .техн. наук: 05.05.03.-М., 1999. - 320 с.

75. Агейкин Я.С. Расчёт проходимости автомобиля при проектировании

76. Теория, проектирование и испытание автомобиля. М.: МАМИ, 1982. -С. 5-17.

77. Агейкин Я.С., Вольская Н.С. Моделирование движения автомобиля по мягким грунтам: проблемы и решения // Автомобильная промышленность. -2004. № 10. - С. 24-25.

78. Аксенов П.В. Многоосные автомобили. 2-е изд. - М.: Машиностроение, 1989.-280 с.

79. Амарян JI.C. Полевые приборы для определения прочности и плотности слабых грунтов. М.: Недра, 1966. - 64 с.

80. Бабков В.Ф. Автомобильные дороги. М.: Транспорт, 1983. - 280 с.

81. Балин Н.М., Вольский С.Г. Определение физико-механических свойств снежной целины при испытаниях транспортных средств // Труды МВТУ им. Н.Э. Баумана. 1979. - Вып. 288. - С. 51-58.

82. Безбородова Г.Б. Исследование проходимости автомобилей: Дис. . д-ра техн. наук / Киевский автодорожный институт. Киев, 1969. - 483 с.

83. Белоусов Б.Н., Попов С.Д. Колесные транспортные средства большой грузоподъемности. Конструкция. Теория. Расчет. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 728 с.

84. Бескин И.А., Рогова JI.A., Федоров С.В. Методика прогнозирования проходимости транспортных средств по морфологическим показателям // Автомобильная промышленность. 1974. - № 12. - С. 25-28.

85. Бронников В.В., Стариков А.Ф., Шухман С.Б. К вопросу о рациональном распределении мощности по колесам // Сб. научных трудов МАДИ (ТУ). -М., 2001.-С. 100-107.

86. Вездеходные транспортно-технологические машины. Основы теории движения / В.В. Беляков, И.А. Бескин, B.C. Козлов и др. — Н-Новгород: ТАЛАМ, 2004. 960 с.

87. Вольская Н.С., Петренко Н.В. Методика представления характеристик грунтовых поверхностей для выбора оптимальных параметров движителя

88. Проектирование колесных машин: Доклады Международного симпозиума. -М., 2005.-С. 45-49.

89. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978. - 447 с.

90. Голыитейн М. Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиздат, 1973.-375 с.

91. Гришкевич А.И. Автомобили. Теория. Минск: Вышейшая школа, 1986. - 208 с.

92. Забавников Н.А., Мирошниченко А.В. Взаимодействие колеса сдеформируемым основанием при учёте скорости движения // Изв. вузов. Машиностроение. 1983. - № 12. - С. 102-105.

93. Исследование характеристик различных типов движителей на физических моделях: Отчёт о НИР / МВТУ им. Н.Э. Баумана: Руководитель Г.А. Смирнов. Шифр темы К375 - ДСП; № ГР 77002175; Инв. № 6708609. - М., 1977,- 180 с.

94. Каган А.Б. Расчётные показатели физико-механических свойств грунтов. -JL: Стройиздат, 1973.- 144 с.

95. Келлер А.В., Драгунов Г. Д. Теоретические основы повышения эффективности колесных машин оптимизацией распределения мощности // Проектирование колесных машин: Доклады Международного симпозиума. -2005.-С. 109- 118.

96. Кнороз В.И., Кленников Е.В. Шины и колеса. — М.: Машиностроение, 1975.- 184 с.

97. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости: Учебник для вузов / Н.Ф. Бочаров, И.С. Цитович, А.А. Полунгян и др. М.: Машиностроение, 1983. -299 с.

98. Косте Ж., Санглера Г. Механика грунтов: Пер. с франц. / Под ред. Н.А.Цытовича. М.: Стройиздат, 1981. - 455 с.

99. Кошарный Н.Ф. Оценка несущей способности слабых оснований // Автомобильные дороги и дорожное строительство. 1978. - № 23. -С. 85- 90.

100. Кошарный Н.Ф. Технико-эксплуатационные свойства автомобилей высокой проходимости. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1981. - 208 с.

101. Ларин В.В. Разработка методов расчета характеристик и показателей проходимости металло-эластичных колесных движителей изменяемой геометрии: Дис. . кан-та техн. наук / МВТУ им.Н.Э. Баумана. Москва, 1986.-291 с.

102. Лильбок А.Э. Методы оценки и пути улучшения показателей опорной проходимости полноприводных автомобилей: Дис. . кан-та техн. наук / МВТУ им.Н.Э. Баумана. Бронницы, 1989. - 200 с.

103. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности "Автомобили и автомобильное хозяйство". М.: Машиностроение, 1989. - 240 с.

104. Медведев Е.В., Клиншов A.M. Модель взаимодействия колесного движителя с деформируемой опорной поверхностью // Автомобильная промышленность. 2005. - № 10. - С. 17-19.

105. Передвижение по грунтам Луны и планет / В.В. Громов, Н.А. Забавников, А.Л. Кемурджиан и др. М.: Машиностроение, 1986. - 272 с.

106. Пирковский Ю.В., Чистов М.П. Затраты мощности на колеобразова-ние при качении жесткого колеса по деформируемому грунту // Труды Научного автомоторного института. 1971. - Вып. 131. - С. 73 - 78.

107. Рождественский Ю.Л. Анализ потерь энергии в металлоупругом колесе при качении по твердой поверхности // Труды МВТУ им. Н.Э. Баумана. -1979. -№288. С. - 18-30.

108. Чистов М.П., Комаров В.А., Брюгеман А. А. Результаты экспериментальной оценки опорной проходимости автомобилей АО «УраЛ» и «Камаз» на сухом песке и сыром суглинке // Грузовик. 1998. - № 9. — С. 5-8.

109. Аникин А.А., Беляков В.В., Донато И.О. Теория передвижения колесных машин по снегу. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 240 с.

110. Донато И.О. Проходимость колесных машин по снегу. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 231 с.

111. Janosi Z., Hanamoto В. The analytical determination of drawbar pull as a function of slip for tracked vehicles in deformable soil // International Conference on the Mechanics of Solio-vehicles. System. 1 st. - Torino, 1961, - Report № 44. -P. 331-359.

112. Reece A.R., Adams G. One Aspect of Tracklayer Performance // Transaction of the ASAE. Transactions. 1966. - Vol. 16, № 2. - P. 6 - 9.

113. Wong J.Y., Reece A.R. Prediction of rigid wheel performance based on the analysis of soil-wheel stresses // J. Terramech. 1967, - Vol. 4, № 2, - P. 7 - 25.

114. Chang B.S., Baker W.J. Soil Parameters to Predictthe Performance of Vehicles // Journal of Terramechanics. 1973. - Vol. 9, № 2. - P. 1-13.

115. Проектирование полноприводных колесных машин: Учебник для вузов в 3-х томах/ Б.А. Афанасьев, Б.Н. Белоусов, Г.И. Гладов и др.; под ред. А.А. Полунгяна. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008.1. Акты внедрения

116. УТВЕРЖДАЮ» юдитель НУК СМ Ш Н'Э- Баумана5 ? -г-й.Аг.-Л^Д1. В. Зеленцовсабря 2008 г.1. Л > ' tf 'Г4*•^-тчдсасжтя1. АКТ ВНЕДРЕНИЯрезультатов научно-исследовательской работы в учебный процесс

117. Заведующий кафедрой «Колесные машины» д.т.н., профессор1. Котиев Г.О.

118. Председатель методической комиссии ф-та «Специальное машиностроение» д.т.н., профессор

119. Учёный секретарь кафедры «Колесные машины» доцентУ1. Жеглов Л.Ф.1. АВТОВАЗ

120. ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РАЗВИТИЮ

121. ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

122. ОГРН 102630198343 ИНН 6320902223

123. Заставная, 2, Тольятти Самарская область, 4456331. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР

124. Телефон (8482) 73-89-87 Телетайп 290 222 ТОПАЗ Телекс 214147 TLTRU1. Телефакс (8482) 73-91-291. УТВЕРЖДАЮ :отг.

125. Технический акт внедрения.

126. Разработанная математическая модель прямолинейного движения автомобиля по деформируемому грунту, которая позволяет прогнозировать уровень опорной проходимости транспортного средства при произвольном типе трансмиссии.

127. Комплекс программ для ЭВМ, созданный для практического использования при оценке эффективности автомобиля с различными схемами трансмиссии, в том числе, и при индивидуальном приводе управления каждым колесом.

128. Настоящий акт не является основанием для денежных расчетов.

129. Начальник Управлени проектирования шасск1. Зуб Н.Г.Jо its